Страница 110 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Не относится к аминокислотам вещество, формула которого

1) $ \text{CH}_3\text{--}\underset{\text{NH}_2}{\text{CH}}\text{--}\text{C}(=\text{O})\text{OH} $

2) $ \text{NH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{C}(=\text{O})\text{OH} $

3) $ \text{NH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{C}(=\text{O})\text{OH} $

4) $ \text{CH}_3\text{--}\text{C}(=\text{O})\text{NH}_2 $

Решение

Аминокислоты — это органические (аминокарбоновые) кислоты, в молекуле которых одновременно содержатся аминогруппа ($–NH_2$) и карбоксильная группа ($–COOH$). Чтобы определить, какое из предложенных веществ не является аминокислотой, необходимо проанализировать наличие этих двух функциональных групп в каждой из структур.

1) Вещество со структурной формулой $CH_3-CH(NH_2)-COOH$.

Данная молекула содержит и аминогруппу ($–NH_2$), присоединенную ко второму атому углерода, и карбоксильную группу ($–COOH$). Это вещество — аланин (2-аминопропановая кислота), который является представителем класса аминокислот.

2) Вещество со структурной формулой $NH_2-CH_2-COOH$.

Данная молекула содержит аминогруппу ($–NH_2$) и карбоксильную группу ($–COOH$). Это вещество — глицин (аминоуксусная кислота), простейшая аминокислота.

3) Вещество со структурной формулой $NH_2-CH_2-CH_2-COOH$.

Данная молекула содержит аминогруппу ($–NH_2$) и карбоксильную группу ($–COOH$). Это вещество — β-аланин (3-аминопропановая кислота), который также относится к аминокислотам.

4) Вещество со структурной формулой $CH_3-C(O)NH_2$.

В этой молекуле отсутствует карбоксильная группа ($–COOH$). Вместо этого она содержит амидную группу ($–CONH_2$), где атом азота напрямую связан с карбонильным атомом углерода. Это вещество является амидом уксусной кислоты и называется ацетамид (или этанамид). Амиды являются классом соединений, отличным от аминокислот.

Следовательно, вещество, которое не относится к аминокислотам, — это ацетамид, представленный под номером 4.

Ответ: 4.

2. Вещества, формулы которых

$NH_2-CH_2-CH_2-CH_2-COOH$, $NH_2-CH_2-\underset{CH_3}{|}CH-COOH$

не являются

1) гомологами

2) кислотами

3) изомерами

4) аминами

Решение

В задаче представлены два органических вещества:

1. 4-аминобутановая кислота (гамма-аминомасляная кислота, ГАМК) со структурной формулой $NH_2-CH_2-CH_2-CH_2-COOH$.

2. 3-амино-2-метилпропановая кислота со структурной формулой $NH_2-CH_2-CH(CH_3)-COOH$.

Для того чтобы проанализировать взаимосвязь между ними, определим их молекулярные формулы, подсчитав количество атомов каждого элемента.

• Для 4-аминобутановой кислоты: 4 атома углерода (C), 9 атомов водорода (H), 1 атом азота (N), 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_4H_9NO_2$.
• Для 3-амино-2-метилпропановой кислоты: 4 атома углерода (C), 9 атомов водорода (H), 1 атом азота (N), 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_4H_9NO_2$.

Оба вещества имеют одинаковую молекулярную формулу, но разное строение углеродной цепи (первое — неразветвленное, второе — разветвленное).

Теперь рассмотрим предложенные варианты ответа, чтобы определить, каким свойством или отношением эти вещества не обладают.

1) гомологами

Гомологи — это вещества, принадлежащие к одному классу, имеющие сходное строение и химические свойства, но отличающиеся по составу на одну или несколько гомологических разностей (групп $-CH_2-$). Гомологи всегда имеют разные молекулярные формулы. Поскольку данные вещества имеют одинаковую молекулярную формулу, они не могут быть гомологами. Таким образом, эти вещества не являются гомологами.

2) кислотами

Оба вещества содержат в своей молекуле карбоксильную группу ($-COOH$), наличие которой определяет их принадлежность к классу карбоновых кислот. Следовательно, они являются кислотами.

3) изомерами

Изомеры — это соединения, имеющие одинаковый состав (одинаковую молекулярную формулу), но разное химическое строение. Как мы выяснили, оба вещества имеют формулу $C_4H_9NO_2$, но разное строение. Значит, они являются изомерами (конкретно, изомерами углеродного скелета).

4) аминами

Оба вещества содержат в своей молекуле аминогруппу ($-NH_2$), что позволяет отнести их к классу аминов. Таким образом, они являются аминами (а точнее, аминокислотами, так как содержат и амино-, и карбоксильную группу).

Вопрос требует найти характеристику, которая неприменима к данным веществам. Исходя из анализа, таким свойством является гомология.

Ответ: 1

3. Будучи амфотерными соединениями, аминокислоты взаимодействуют

1) с кислотами и со щелочами

2) только со щелочами

3) только с кислотами

4) со спиртами и с галогенами

Решение

Аминокислоты — это органические соединения, которые являются амфотерными. Амфотерность означает способность вещества проявлять как кислотные, так и основные свойства. Это свойство аминокислот обусловлено одновременным наличием в их молекуле двух функциональных групп:

1. Аминогруппы ($ -NH_2 $), которая придает молекуле основные свойства.

2. Карбоксильной группы ($ -COOH $), которая придает молекуле кислотные свойства.

Из-за этой двойственной природы аминокислоты могут вступать в реакции как с кислотами, так и со щелочами.

При взаимодействии с кислотами (например, с соляной кислотой $HCl$) аминокислота реагирует по своей основной аминогруппе, принимая протон и образуя соль. На примере глицина: $ H_2N-CH_2-COOH + HCl \rightarrow [H_3N^+-CH_2-COOH]Cl^- $

При взаимодействии со щелочами (например, с гидроксидом натрия $NaOH$) аминокислота реагирует по своей кислотной карбоксильной группе, отдавая протон и образуя соль и воду. На примере глицина: $ H_2N-CH_2-COOH + NaOH \rightarrow H_2N-CH_2-COO^-Na^+ + H_2O $

Таким образом, утверждение, что аминокислоты, будучи амфотерными соединениями, взаимодействуют с кислотами и со щелочами, является верным.

Рассмотрим остальные варианты:

Варианты 2) "только со щелочами" и 3) "только с кислотами" неверны, так как они противоречат самому понятию амфотерности.

Вариант 4) "со спиртами и с галогенами" описывает другие возможные реакции аминокислот (например, реакцию этерификации), но эти реакции не являются определением их амфотерных свойств. Вопрос делает акцент именно на последствиях амфотерности.

Следовательно, правильным является вариант 1.

Ответ: 1

4. Укажите формулу вещества Х в схеме превращений

$CH_3-CHCl-COOH \xrightarrow{+X} CH_3-CH(NH_2)-COOH$

1) $NH_3$

2) $HNO_3$

3) $NH_4Cl$

4) $N_2$

Решение

В представленной схеме превращений исходное вещество — это 2-хлорпропановая кислота ($CH_3-CHCl-COOH$), а конечный продукт — аланин, или 2-аминопропановая кислота ($CH_3-CH(NH_2)-COOH$).

Суть данного химического превращения заключается в замене атома галогена (хлора) у $\alpha$-атома углерода на аминогруппу ($-NH_2$). Этот тип реакции в органической химии называется нуклеофильным замещением. Для осуществления такого замещения требуется реагент-нуклеофил, который предоставит аминогруппу.

Проанализируем предложенные варианты веществ на роль реагента X:

1) $NH_3$ (аммиак). Атом азота в молекуле аммиака имеет неподеленную пару электронов, благодаря которой аммиак проявляет свойства нуклеофила и основания. При взаимодействии с $\alpha$-галогенкарбоновыми кислотами аммиак атакует атом углерода, связанный с галогеном, и замещает его. Эта реакция является классическим методом синтеза аминокислот (аммонолиз галогенкарбоновых кислот). Реакция требует избытка аммиака, так как побочным продуктом является галогеноводород ($HCl$), который реагирует со второй молекулой аммиака.
Суммарное уравнение реакции:
$CH_3-CHCl-COOH + 2NH_3 \rightarrow CH_3-CH(NH_2)-COOH + NH_4Cl$
Этот вариант полностью соответствует условию задачи.

2) $HNO_3$ (азотная кислота). Это сильная кислота и окислитель. Она не содержит аминогруппу и не способна участвовать в реакции нуклеофильного замещения для образования аминокислоты.

3) $NH_4Cl$ (хлорид аммония). Это соль, которая образуется в ходе реакции аммонолиза (см. пункт 1). Катион аммония $NH_4^+$ не является нуклеофилом, так как атом азота в нем уже отдал свою электронную пару на образование связи с протоном и не имеет свободных электронов для атаки.

4) $N_2$ (азот). Молекулярный азот — это очень инертное вещество из-за наличия прочной тройной связи между атомами азота. Он не вступает в реакции нуклеофильного замещения в обычных условиях.

Исходя из анализа, веществом X может быть только аммиак.

Ответ: 1) $NH_3$

5. Полимерной природы не имеет

1) гемоглобин

2) инсулин

3) глицерин

4) крахмал

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать природу каждого из предложенных веществ и определить, какое из них не является полимером. Полимеры — это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев (мономеров).

1) гемоглобин

Гемоглобин — это сложный белок, содержащийся в эритроцитах и отвечающий за перенос кислорода. Все белки являются природными полимерами (биополимерами), мономерами которых выступают аминокислоты. Таким образом, гемоглобин имеет полимерную природу.

2) инсулин

Инсулин — это белковый гормон, регулирующий уровень глюкозы в крови. Как и все белки, он состоит из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями в полипептидные цепи. Следовательно, инсулин также является полимером.

3) глицерин

Глицерин (пропан-1,2,3-триол) — это простейший представитель трехатомных спиртов с химической формулой $C_3H_5(OH)_3$. Это низкомолекулярное соединение, его молекула не состоит из повторяющихся мономерных звеньев. Глицерин сам может выступать в качестве мономера при образовании жиров (триглицеридов), но сам по себе он полимером не является.

4) крахмал

Крахмал — это полисахарид, который является запасным питательным веществом для растений. Полисахариды являются полимерами, мономерами которых служат моносахариды. В случае крахмала мономером является глюкоза. Его общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$, где $n$ — большое число. Следовательно, крахмал имеет полимерную природу.

Таким образом, из всех перечисленных веществ только глицерин не является полимером.

Ответ: 3.